Utilización de los frutos electrónicos IS-100 en la determinación de daños produ
INTRODUCCIÓN
El cultivo del tomate en los últimos años ha adquirido gran importancia debido a la incorporación de este producto en los hábitos alimenticios de gran parte de la población mundial.
Prácticamente la mitad de la producción de la UE se destina a la transformación industrial. El tomate con este destino se reparte del siguiente modo: Italia 57%, Grecia 16%, España 14%, Portugal 8% y Francia 4%.
España es el país de la UE que produce tomate tanto para su consumo en fresco (70 %) como para su industrialización (30 %).
Extremadura (especialmente Badajoz), la región del Ebro (principalmente Navarra y, con menor importancia, La Rioja y Zaragoza) y Murcia son las principales áreas productoras de tomate para la transformación. (MAPA, 1997).
La gran diversidad de oferta en el mercado actual, hace que los consumidores tiendan a exigir productos de mayor calidad. Esta calidad va a depender en gran medida del sector productivo primario, ya que en función de las condiciones en que se encuentre la materia prima a transformar, obtendremos un producto de mayor o menor calidad final.
El coste de la recolección y en muchas ocasiones la falta de mano de obra, ha hecho que con el paso de los años, la recolección mecánica se haya convertido en una de las principales alternativas para la reducción del precio de producción del tomate.
RECOLECCION MECÁNICA
Dentro de los procesos de mecanización de los cultivos hortícolas, la mecanización de la recolección es un punto clave porque generalmente es la operación más difícil de mecanizar y condiciona la mecanización de las operaciones anteriores y las técnicas de cultivo que se utilizan (Rodríguez y Ruiz, 1992).
Las operaciones de recolección, transporte y manipulación, producen daños físicos que pueden ser el principal origen de disminución de calidad y vida útil de los frutos. Para reducir estos daños mecánicos debemos estudiar por un lado, las propiedades mecánicas del tomate y su sensibilidad a daños por impacto, abrasión y/o compresión; y por otro lado, debemos perfeccionar los sistemas de recolección, transporte, embalaje y manipulación.
A partir de los años 60, se han ido realizando ensayos dirigidos a evaluar los niveles de daños producidos por los distintos elementos de las cosechadoras de tomate (O´Brien et al., 1965; id. 1968; id. 1971; O´Brien, 1971; Angleton et al., 1974; citados por Ruiz Altisent, 1977). Estos ensayos, consistían en primer lugar, en la toma de muestras de tomate en las diferentes partes de la cosechadora, para posteriormente realizar una clasificación en función del número de frutos enteros, rajados o rotos. Debido a la falta de tecnología y a la gran cantidad de parámetros que debemos tener en cuenta, hasta ahora no se han realizado ni estudios de la cuantificación objetiva del daño, ni estudios comparativos de las distintas máquinas cosechadoras.
Actualmente, la utilización del fruto electrónico IS-100 en el estudio de las cosechadoras de tomate nos está permitiendo localizar aquellos puntos críticos, donde se producen las roturas en los frutos. De esta manera y una vez localizados dichos puntos críticos, la mejora de la maquinaria nos permitirá su aplicación generalizada al cultivo del tomate.
MATERIAL Y METODOS
El fruto electrónico IS-100.
Se desarrolló en Estados Unidos por el Michigan Agricultural Experiment Station y el USDA´s Agricultural Research Service, y se ha utilizado en la determinación de daños producidos sobre frutos en líneas de manipulación. Como sensor de impacto tiene un acelerómetro triaxial, y además posee un microprocesador, memoria, reloj y batería interna recargable. El IS-100 permite localizar el lugar y el momento en el que se produce el impacto o la compresión, cuantifica su intensidad y es además capaz de identificar la dureza del material sobre el que se ha producido la carga mecánica.
Los frutos electrónicos con que cuenta el laboratorio de ’Mecanización Agraria” de la ETSIA de la Universidad Pública de Navarra y que se van a emplear son IRD (Impact Recording Device) de Techmark, Inc., (figura 1). Están constituidos por un acelerómetro triaxial, un microprocesador con memoria de 32 K, un amplificador, un convertidor A/D, un reloj y una batería interna recargable de Ni-Cd, protegidos por una capa de resina epoxi que les da una forma esférica. Las esferas se diferencian en su tamaño. Así, contamos en la actualidad con esferas de 64, de 70 y de 89 mm de diámetro. El más adecuado para su utilización en el estudio de daños causados a tomate de industria para conservas de tomate entero pelado, es el de 64 mm.
Material Vegetal.
El tomate ha alcanzado una variedad de tipos muy extensa. En nuestro caso nos interesan aquellas variedades de tomate para procesado industrial que ha sido adaptado a la recolección mecánica.
Las variedades que actualmente se utilizan en Navarra y algunas comunidades limítrofes del valle del Ebro son: H-92-80, Bishop, H-91-44, Soto, Hypeel, Perfectpeel, Soprano, Ercole, 95-83, H-90-36 y Malpica.
Cosechadoras de tomate.
Actualmente existen varios tipos y modelos de cosechadoras de tomate de industria de diversas casas comerciales pero sus formas de trabajar son muy parecidas, y esencialmente constan de: sistema de corte y elevación de las plantas, sistema de separación de los frutos y bandas de clasificación y carga a remolque. (Ruiz et al., 1995)
El corte de la planta entera se realiza a ras del suelo, empleándose diferentes tipos de sistemas. La planta, con todos sus frutos se introduce en la máquina mediante un transportador de cadenas, (figura 2).
El sistema separador puede ser bien un vibrador de correas, bien un separador de radios vibrantes. Actualmente es este segundo tipo el que se está utilizando ya que separa el tomate con una energía menor y ocupa también menos superficie en la máquina, (figura 3).
Todos los frutos separados pasan a unas bandas transportadoras en las que los operarios realizan la separación de los frutos verdes, defectuosos y posibles restos de plantas, en combinación con la selección electrónica por color, (figura 4).
Las máquinas estudiadas son todas autopropulsadas y son: Sandei-FMC SL 150 T, P. Barigelli & B/RP, Pomac COSMO/SR, Guaresi G 8993 y Gallignani Polaris.
DISEÑO DEL EXPERIMENTO.
La toma de muestras se realizó durante la campaña de recolección de tomate del año 1999, entre el 17 de Agosto y el 8 de octubre, siguiendo las indicaciones de la Norma UNE 34-117-81 (IRANOR, 1981) sobre muestreo en frutas y verduras frescas. Se hizo una clasificación en cuatro categorías: (1) Testigo: recogido a mano; (2) Cinta: en la banda de clasificación; (3) Superficie: parte alta del palot una vez lleno; (4) Fondo: parte baja del palot.
Cada una de las categorías se dividió, una vez limpios los frutos, en cuatro según su estado: (E) Enteros: frutos que carecían de daños; (Ra) Rajados: roturas en la piel; (Ro) Rotos: con daños profundos; (O) Otros daños.
Los ensayos realizados sobre la muestra final de frutos enteros fueron: ensayo de impactos, compresión, punción, color, pH, acidez y ºBrix. También se determinó el peso y el tamaño de los frutos.
Las pruebas realizadas en las cosechadoras con el fruto electrónico IS-100 consistían en depositar el fruto sobre el peine de la cosechadora, recogerlo justo antes de la entrada al selector de color y volverlo a dejar en la cinta de selección una vez superado éste. Finalmente se recuperaba en el palot de descarga. Esta operación se repetía como mínimo cinco veces por ensayo.
Los parámetros medidos por la esfera que hemos utilizado en este estudio son:
- N: número de puntos utilizados para el análisis de cada impacto.
- Duration2: duración del impacto.
- MaxG: máxima G o pico de aceleración registrado en cada impacto.
- DeltaV2: cambio de velocidad registrado en cada impacto.
- HalfDelV2: cambio de velocidad registrado desde el comienzo del impacto hasta el punto de máxima G.
El análisis de los datos se hizo con el paquete estadístico SPSS v. 7.5.2S. Se comprobó si los datos seguían o no una distribución Normal, y después se realizaron los análisis de la varianza de las distintas variables estudiadas. El nivel de confianza elegido fue del 95 %, (p = 0.05).
RESULTADOS Y DISCUSION.
Los niveles de impactos dependen por un lado de la energía del impacto y por otro del tipo de superficie impactada. Para una superficie relativamente dura, la duración del impacto es muy corta y la aceleración muy alta. Para una superficie blanda, la duración del impacto es muy larga y la aceleración es baja. La energía cinética de la esfera cambia durante el impacto desde un máximo hasta cero, y después o es absorbida por el material (impacto inelástico) o vuelve a la esfera (impacto elástico). En el primer caso la velocidad de rebote es cero y en el segundo, la velocidad de rebote se iguala a la velocidad del impacto. (Tennes, 1990).
El valor del pico de aceleración (maxG) mínimo que produce daños sobre el tomate no está establecido (Sargent et al.,1992), aunque en estudios realizados por Barreiro et al. (1995) se establecen para frutos de hueso unos mínimos de 50 G´s y para frutos de pepita 70 G´s. A partir de estos niveles se producen daños que hacen que disminuya la calidad de la fruta. Debido a esto, en el presente trabajo hemos establecido que el límite a partir del cual los impactos que reciben los tomates producen daños, es de 50 G´s. En la figura 5, podemos ver cómo los impactos se agrupan en la zona entre 50 y 220 G´s. Los que superan estos valores, aunque son de gran importancia no son tan numerosos.
El siguiente paso, será conocer cómo se distribuyen estos impactos en el proceso de recolección. Para ello distinguimos dos zonas: zona 1, correspondiente al peine, el separador y parte de la cinta de selección; zona 2, comprende el final de la cinta de selección (después del selector de color), el elevador y la descarga sobre el palot o bañera. En la tabla 1, vemos reflejados los resultados obtenidos para ambas zonas.
La intensidad de los impactos (según duration2 y maxG) es significativamente superior en la zona 1. Lo mismo ocurre con la probabilidad de que se produzca un impacto en la zona 1, (83.2 %).
Si nos fijamos en el porcentaje de daños (frutos que se han rajado o roto en cada una de las zonas), vemos cómo la mayor parte de los tomates dañados pertenecen a la zona 1, donde el elemento principal es el separador. Este será uno de los puntos críticos sobre los que habrá que realizar estudios para reducir daños.
En la tabla 2 y en la figura 6, vamos a ver los resultados obtenidos de los ensayos complementarios realizados en el laboratorio sobre muestras de tomate entero de cada una de las zonas. Con estos ensayos se trata de comprobar la influencia de las cosechadoras sobre las propiedades mecánicas del tomate. De entre las variables estudiadas, las que resultan más influenciadas son: la deformación máxima en el impacto (DMI), el área de punción (AP), la fuerza de compresión (FC), y la pendiente de la curva fuerza-deformación en el ensayo de compresión (PC).
La variable DMI va diminuyendo, esta variable representa la deformación elástica, y cuanto menor es, más blando es el fruto.
El AP, nos va a dar una idea de la resistencia de la piel, vemos como esta resistencia se va perdiendo en el proceso de la recolección mecánica.
La FC y la PC, nos confirman esta tendencia a la pérdida de dureza de los tomates conforme pasan por los distintos elementos de la cosechadora.
CONCLUSIONES.
Con los datos recogidos y observando los resultados de los análisis estadísticos realizados se llega a las siguientes conclusiones:
- Las cosechadoras actúan sobre el fruto variando sus propiedades físicas, de forma que se produce una ligera reducción de la firmeza de la pulpa y de la reistencia de la piel. Debido a esto observamos un ablandamiento del tomate que no se produce en la muestra testigo recogida a mano.
- La mayor cantidad de daños producida sobre la cosecha son debidas al efecto de los elementos del sistema de corte y de los sistemas de elevación y separación de las plantas de las cosechadoras, y no de la descarga posterior.
- No se han encontrado diferencias significativas en los valores de las variables enteros, rajados y rotos, y por tanto de los daños físicos producidos por los distintos modelos de cosechadoras.
- os niveles de impactos registrados por el IS-100 superan en gran medida al límite establecido de 50 G´s, a partir del cual aparecería una disminución de la calidad en el tomate.
- Se pueden observar dos zonas bien diferenciadas en la cosechadora en función de la intensidad de los impactos, de la probabilidad de que estos ocurran o de los daños reales que observamos en los tomates. Estas zonas son: 1 , correspondiente al peine, el separador y parte de la cinta de selección; 2, final de la cinta de selección (después del selector de color), el elevador y la descarga sobre el palot o bañera.
BIBLIOGRAFIA.
- BARREIRO, P.; RUIZ ALTISENT, M.; STEINMETZ, V. 1995. Modelos de predicción de daños en fruta y sistemática para la evaluación de equipos hortofrutícolas. Fruticultura Profesional. Nº 73: 40-53. Septiembre/Octubre.
- INSTITUTO NACIONAL DE RACIONALIZACION Y NORMALIZACION (IRANOR). 1981. Norma UNE-34-117-81. ISO 874. Frutas y Verduras. Muestreo.
- MINISTERIO DE AGRICULTURA, PESCA Y ALIMENTACION. 1997. Anuario de estadística agraria. Madrid.
- RODRIGUEZ DEL RINCON, A.; RUIZ DE ALTISENT, M. 1992. Ensayos de recolección mecánica de tomates para industria en Extremadura. Máquinas y tractores agrícolas. 10: 32-36.
- RUIZ ALTISENT, M. 1977. Propiedades físicas de variedades de tomate para la recolección mecánica. Fundación J. March, Serie Universitaria nº 46.
- RUIZ ALTISENT, M; RODRIGUEZ DEL RINCON, A. 1995. Capítulo 9. Mecanización del cultivo extensivo. El cultivo del tomate. Fernando Nuez. 312-349.
- SARGENT, S. A.; BRECHT, J. K.; ZOELLNER, J. J. 1992. Instrumented sphere impact analyses of tomato and Bell Pepper packing lines. Applied Engineering in Agriculture. Vol 8 (1): 76-82. January.
- TENNES, B. R.; ZAPP, H. R.; MARSHALL, D. E.; ARMTRONG, P. R. 1990. Apple handling impact data acquisition and analysis with an instrumented sphere. The British Society for Research in Agricultural Engineering. 47, 269-276.
TABLAS.
Tabla 1. Valores registrados por el IS-100, probabilidades de impactos y porcentaje de daños.
ZONA N Duration2 MaxG1 DeltaV2 HalfdelV2 Prob. Imp. MaxG2 % Daños 1 19.47 ns 2.33 * 118.87 * 1.29 * 0.55 * 83.2 % 364.57 25.38 % 2 19.57 2.94 97.59 1.46 0.62 16.8 % 316.63 4.65 % (1)MaxG: valor medio de la máxima G registrada en cada impacto.
(2)MaxG: valor máximo de la máxima G registrada en cada impacto.
(3)Niveles de significación: ns (no existen diferencias significativas), * : existen diferencias significativas. P = 0.0Tabla 2. Variación de las variables DMI, AP, FC y PC en el proceso de recolección mecánica.
VARIABLE TESTIGO1 ZONA 1 ZONA 2 DMI (mm) 2.78 3.28 3.41 AP (g/mm) 10.11 9.81 7.88 FC (g) 1515.33 1140 993.18 PC (g/mm) 294.34 220.69 191.25 (1) Los valores del gráfico y de la tabla se corresponden de la siguiente manera: 1 = testigo, 2 = zona 1, 3 =zona 2.
FIGURAS.
